(1-x)Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_3-(x)PbTiO_3二元系铁电陶瓷的压电特性

已有的研究表明,二元系铁电陶瓷(1-x)Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_3-(x)PbTiO_3在介电、热电、光电方面都有广阔的应用前景.本文研究了该材料的压电特性,发现在准同型相界(x=0.45)附近,压电应变常数d_(33)和机电耦合系数k_t,k_p,k_(33)达到极值,而机械品质因数Q_m达到最小值.这种具有高机电耦合特性和低Q_m的压电材料特别适用于制备宽带滤波器、水声换能器及医学超声换能器件.     

新型弛豫型铁电单晶PMNT的铁电与压电性能

用改进的Bridgman法生长出尺寸达40 mm×80 mm的新型弛豫型铁电单晶PMNT.对其铁电、压电性能的表征研究表明,该晶体的性能随组分与切型变化.(001)切型的PMNT76/24单晶的介电常数ε为3400左右,介电损耗tanδ<0.7%,压电常量d33达到980 pC/N,机电耦合因数kt为0.55,Tc约为110℃.(001)切型的PMNT 67/33 单晶的ε达5300左右,tanδ＜0.6%,d33最大达3000 pC/N,kt达0.64,k33达0.93,Tc约为150℃.(110)与(111)切型的压电性能远低于(001)切型.用此法生长的三方相的PMNT单晶的压电性能超过传统的高温溶液法,且其kt值亦大于三方相的PZNT单晶.PMNT单晶的铁电与压电性能尚存在一定的波动,这与晶体成分均匀性与单畴化程度等因素有关.     

新型弛豫型铁电单晶PMNT的铁电与压电性能

用改进的Bridgman法生长出尺寸达40mm× 80mm的新型弛豫型铁电单晶PMNT .对其铁电、压电性能的表征研究表明 ,该晶体的性能随组分与切型变化 . ( 0 0 1 )切型的PMNT76 /2 4单晶的介电常数ε为 34 0 0左右 ,介电损耗tanδ <0 .7% ,压电常量d3 3 达到 980pC/N ,机电耦合因数kt 为 0 .5 5 ,Tc 约为 1 1 0℃ . ( 0 0 1 )切型的PMNT 6 7/33单晶的ε达 5 30 0左右 ,tanδ <0 .6 % ,d3 3 最大达 30 0 0pC/N ,kt 达 0 .6 4 ,k3 3 达 0 .93,Tc 约为 1 5 0℃ . ( 1 1 0 )与 ( 1 1 1 )切型的压电性能远低于 ( 0 0 1 )切型 .用此法生长的三方相的PMNT单晶的压电性能超过传统的高温溶液法 ,且其kt 值亦大于三方相的PZNT单晶 .PMNT单晶的铁电与压电性能尚存在一定的波动 ,这与晶体成分均匀性与单畴化程度等因素有关 .     

PZT陶瓷铁电相变和内应力对力学性能的影响

以功能陶瓷作为器件,其功能效应和特性稳定与铁电相变和极化状态密切相关,其老化过程则受到内应力导致的微开裂的影响。有关力学行为的研究表明:铁(压)电材料的力学性能取决于其组成和显微结构。亦受到相变以及从而产生的内应力、孪晶和微开裂的制约。极化引起材料内部畴的转向,对强度(σ_a)和断裂韧性(K_(IC))亦有很大影响。显然,陶瓷材料的力学性能变化是其微观状态的宏观反映。本研究对象是一类应用极为广泛的锆钛酸铅(PZT)压电材料。它具有耦合系数大、压电系数大和居里点高等优点。这里重点研究了其     

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-30%PbTiO3弛豫铁电单晶的异常压电响应行为

利用高真空度扫描力显微术(HV-SFM)的压电响应模式原位研究了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-30%PbTiO3 (PMN-PT)弛豫铁电单晶(111)晶面的压电响应行为. 观察到与单晶束缚电荷补偿机制密切关联的异常的压电响应行为. 高真空度条件下的压电响应退化行为与本征屏蔽电荷不足以补偿极化电荷所引起的极化状态的不稳定性有关. 而大气环境下相当强的压电响应信号源于表面吸附机制所致的表面束缚电荷对畴状态较强的稳定作用.     

动态情形下压电介质中的机电耦合关系

目前压电材料的机电耦合关系是通过下面的压电本构方程来描述的:D=eS ε~sET=c~ES-e’E(la,b)其中E和D分别是电场和电位移矢量,T和S分别是应力和应变张量,e是压电应力/电荷常数张量,ε~s是恒应应变条件下测得的介电常数张量,c~E是在恒电场条件下测得的弹性刚     

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-30%PbTiO3弛豫铁电单晶的异常压电响应行为

利用高真空度扫描力显微术(HV-SFM)的压电响应模式原位研究了Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-30%PbTiO₃ (PMN-PT)弛豫铁电单晶(111)晶面的压电响应行为. 观察到与单晶束缚电荷补偿机制密切关联的异常的压电响应行为. 高真空度条件下的压电响应退化行为与本征屏蔽电荷不足以补偿极化电荷所引起的极化状态的不稳定性有关. 而大气环境下相当强的压电响应信号源于表面吸附机制所致的表面束缚电荷对畴状态较强的稳定作用.     

声表面波式小波变换器件的研究

提出了用小机电耦合系数K²的基片(如X-112Y LiTaO₃)制作声表面波式小波变换器件, 从而减小了指条的反射, 即减小了该器件的误差, 并且得到了小波式发射叉指换能器的中心频率越小, 其误差越小的结论. 最后, 提出了使用机电耦合系数比X-112Y LiTaO₃的机电耦合系数还要小的基片来制造中心频率在100 MHz以上的小波式发射叉指换能器和接收叉指能器, 这样可以减小中心频率100 MHz以上的小波式发射叉指换能器和接收叉指能器的误差.     

基于第三代半导体的压电电子学和压电光电子学器件

当一个均匀的应变施加到非中心对称的半导体单晶上时,半导体内部将产生压电势,其表面将产生静态的压电极化电荷,这种现象普遍存在于第三代半导体(如ZnO, GaN, CdS)中.应变引起的这种压电势或压电极化电荷可以静态和/或动态地调控界面电荷的输运和光电过程.通过将压电、光激发和半导体特性进行耦合,诞生了两个全新的研究领域,即压电电子学和压电光电子学.十几年来,这两个领域得到了广泛的关注,并在基础科学和器件应用方面取得了巨大的研究进展.本文对近年来这两个领域在器件应用方面的实验进展情况做了简要综述,并对这两个学科的未来发展进行了展望.     

复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷的极化介电行为

复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷由于其高的介电常数、相对低的烧结温度和由“弥散相变”(diffused phase transition,简称DPT)引起的较低容温变化率,被认为是多层陶瓷电容器在技术和经济上重要的候选材料。因此这一类材料的制备与性能研究受到广泛重视。有关其介电行为的研究,国内外报道很多,但有关这一类材料在极化状态下的介电行为的研究报道还不多。本文通过将复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷PZN-PT-BT(80/10/10)样品在极化     

纤维增强陶瓷基复合材料与金属钎焊研究进展

纤维增强陶瓷基复合材料在高温使役性能方面表现出超越传统陶瓷材料的优异性能，与金属的连接构件在航空航天、核能、化工等高温系统中应用潜力巨大。纤维增强陶瓷基复合材料与金属的连接技术被广泛研究，钎焊是实现二者连接的最佳选择。文章重点论述钎焊纤维增强陶瓷基复合材料与金属所面临的挑战和科学问题，列举C_f/C、C_f/SiC和SiO_2f/SiO₂三种研究最为广泛的纤维增强陶瓷基复合材料与金属的钎焊实例，讨论钎料润湿行为、界面反应调控和接头应力调节的最新研究成果。可靠连接技术的发展，将会推动纤维增强陶瓷基复合材料的研究和应用。     

光电催化还原二氧化碳概览

光电催化还原二氧化碳(CO_2)利用光能和电能可以将二氧化碳转化为液体燃料或其他有机化合物,还原过程结合了光催化还原和电化学还原的优点,具有巨大的应用潜力。通过简要介绍并比较光催化转化、电催化还原和光电协同催化还原CO_2的原理和特点,得出光电催化还原CO_2具备诸多优点,并对光电催化还原CO_2的影响因素进行了分析,最后对其未来的研究方向进行了展望。     

C2H2锌指蛋白药物递送技术的研发与应用

锌指蛋白是真核生物中广泛存在的转录因子，在基因的表达调控中起着重要作用。近期研究发现，C₂H₂类型的锌指蛋白(通过两个半胱氨酸和两个组氨酸螯合锌离子)可通过巨胞饮进入哺乳动物细胞。进一步的研究发现C₂H₂锌指蛋白可介导多种模式蛋白质及药物蛋白质的高效细胞递送，其细胞穿透效率亦高于传统的细胞穿膜肽。文章介绍了锌指蛋白的基本生物学信息和其细胞穿透特性，并讨论C₂H₂ 锌指蛋白在大分子药物递送中的应用。     

VO2相变机制和掺杂改性的第一性原理研究进展

VO₂具有“半导体-金属”相变特性,能够随温度变化自动调节近红外光透射率和电阻,在热开关、光学传感器、信息存储器件、智能窗以及非制冷焦平面探测器等方面具有广阔的应用前景,是一种备受关注的热致变色材料。首先,通过简要介绍VO2基本物理化学性质及相变原理的实验研究现状,着重综述了基于密度泛函理论的第一性原理计算在VO2相变机制研究中的最新进展,即VO₂的相变是Peierls和Mott相变机理相耦合的结果。其次,围绕能带调控,分金属元素和非金属元素两大类,综述了第一性原理计算在VO2掺杂改性中的应用。再次,指出了当前研究中存在的争议,即不同第一性原理计算方法得到的计算结果差别很大,因此在选择计算方法的类型时需要十分谨慎。最后展望了第一性原理计算在VO2材料研究中的应用前景。     

选区激光熔化(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金腐蚀性能研究

 选区激光熔化技术(SLM)制备的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金，经780 ℃退火处理后，深入分析打印态和退火态合金在 0.5mol/L H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀性能。通过电化学工作站测试高熵合金的开路电位、交流阻抗与极化曲线，发现退火态(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金自腐蚀电位更高，自腐蚀电流密度更低，容抗弧直径更大，阻抗值更高，以及电荷转移电阻更大。X射线光电子能谱(XPS)，分析腐蚀表面钝化膜的成分及含量表明，退火态高熵合金腐蚀表面氧化物的种类更丰富，含量更高，更易形成稳定的钝化膜。结果表明，780 ℃退火处理能显著改善(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的耐腐蚀性能。     

掺铁Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.26PbTiO3单晶的生长及性能研究

采用改进的布里奇曼法(坩埚下降法)生长了掺0.3%(摩尔分数) Fe的0.74Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃- 0.26PbTiO₃(PMN-0.26PT)单晶. 系统研究了该单晶的生长、结构、介电和热释电性能, 并与纯PMN-0.26PT单晶进行了比较. 研究发现, 掺杂晶体的畴宽度明显大于纯晶体; 单晶的矫顽场和剩余极化都明显增大; 在居里温度以下, 介温谱上出现两个大的异常, 温度较纯晶体更接近于室温. 实验结果表明, 掺杂离子通过缺陷偶极对2Fe′_Ti -V^••_o对畴起钉扎作用, 增加了晶体的矫顽场, 降低了晶体的介电常数和介电损耗, 提高了晶体的探测优值, 并保持高的电压响应优值, 这对PMN-PT单晶的实际应用非常有利. 这种高性能的热释电和压电单晶的掺杂改性研究将会更好地增进对其高性能本质的理解.     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料，具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能，因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计，可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征，从而进一步提高其力学性能，以满足实际应用需求。因此，文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料，提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000 ^oC/3~5 GPa/30 min)制备致密非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段，研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性，并对其力学性能，特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明，提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变，部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成，显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化，导致材料内自由体积的湮灭和“河流状”断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高，陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下，硼含量的增加削弱了非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000 °C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si₂B_1.5C₂N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm³、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

非电行业烟气氮氧化物催化净化

氮氧化物(NO_x )严重威胁人体健康和生态环境。随着火电行业烟气NO_x 初步实现超低排放，非电行业烟气NO_x 排放控制成为重中之重。NH₃ 选择性催化还原NO_x 是最有效的NO_x 控制技术。非电行业烟气含有SO₂ 、碱性物质以及重金属等杂质，易导致催化剂中毒失活。针对NO_x 净化催化剂低温活性不足、SO₂ 中毒、碱金属中毒以及复合中毒等关键难题，文章综述了各类低温抗中毒NOx 净化催化剂的研究进展，总结了提高催化剂的低温活性、抗SO₂ 中毒、抗碱金属中毒以及抗复合中毒的策略。文章为开发低温抗中毒NOx 净化催化剂提供了研究思路，为推进NO_x 净化催化剂在非电行业烟气NOx 净化中的实际应用提供理论指导。     

地球内部的3He是原始起源吗？

³He的来源至今被地球学家解释为在46亿年前地球形成时贮存在地球内部的,即原始起源。但是这原始起源学说在解释有的地学问题已受到了挑战,例如：①有的金刚石中的反常高的³He/⁴He 比值;②大洋中脊玄武岩（MORB）和洋中脊的热液气孔喷出的热流的³He/⁴He比值具有近似恒定的峰状分布。作者最近对火山湖水中氚的垂直分布进行了新的研究,发现火山口形成的土耳其Nemrut湖和德国Laacher湖底部同时注入有来自地幔的氚（³H）和³He。这二者都是核聚变（d-d反应）的产物。氚的半衰期为12.4年,地球形成时的氚早已不存在。地球深处由已知常规核反应生产的氚含量小于0.01TU (1TU相当³H/H=10^-18),处于探测限以下。地球深处释放的氚表明其可能来源于核聚变。作者认为产生³H和³He的核聚变可能发生在地幔和地核的交界处的高温高压下富集氢的介质。由此推论：地球深处的³He并非一定是“原始起源”。     

世界煤地下气化的快速发展

由于世界油气资源的涨价和环境问题的严重,促使人们对一级能源的重新选择。与核能、水能和其他可再生能源相比,煤地下气化（UCG）是最好的选择。目前,澳大利亚、英国、南非都有快速的发展,煤地下气化技术已包括UCG IGCC CCS,UCG AFC CCS,UCG GTL CCS等的新方向,真正意义上地实现减排的效果。事实证明UCG的成本低廉,效率高、环境友好。尤其英国正在建由UCG供氢氧的300MW燃料电池,并通过燃料电池（AFC）发电的电站,可以达到零排放。所以,煤地下气化是解决确保国家的能源安全、CO2减排和环境污染、以及采煤矿工人身安全的一把金钥匙。因此,UCG应当是中国一级能源发展的主要方向。